Mittwoch, 30. August 2017

Gelegentliche HV-Überschläge am Sender PETRA-SL


Im Zeitraum von Ende Mai bis Mitte August wurden drei HV-Überschläge am Sender PETRA-SL registriert. Die Analyse der Transientenrekorder-Daten zeigte, dass die Schwachstelle im Stromkreis zwischen der Modulationsanode und der Kathode von Klystron 1 liegen musste. Der Verdacht fiel zunächst auf das Klystron selbst. Das Klystron konnte allerdings ohne besondere Probleme bis auf 85 kV abgespannt werden. Die im Betrieb an dieser Stelle auftretende Spannung beträgt maximal 65 kV.
Als nächstes wurde das Klystron vom Modulator getrennt und der Modulator separat betrieben. Es traten dann tatsächlich ab einer Spannung von 55 kV gelegentliche kurze Entladungen auf; allerdings betrug die Ereignisdauer weniger als 40 µs. Ein Austausch des Modulatornetzgerätes änderte nichts, so dass als Verursacher nur noch das HV-Kabel zwischen dem Modulatornetzteil und einem Messspannungsteiler, der Messspannungsteiler selbst, das HV-Kabel zum Kurzschlussrelais und das Kurzschlussrelais selbst in Frage kamen. 
Das schrittweise Abklemmen der genannten Komponenten führte schließlich zum Kurzschlussrelais als Verursacher. Vermutlich ereigneten sich die Überschläge zwischen dem Modulationsanodenpotenzialanschluss (linke rot umrandete Potenzialsteuerkugel) und dem elektromechanischen Antrieb des Relais (unter dem rot umrandeten Potenzialsteuerdach). Die Vermutung  konnte bisher nur indirekt dadurch bestätigt werden, dass seit dem Anbringen der genannten Potenzialsteuerelemente keine HV-Überschläge mehr registriert wurden.


Modulator-Kurzschlussrelais auf dem Modulatordach. An der linken rot umrandeten Potenzialsteuerkugel liegt das Modulationsanodenpotenzial des Klystrons an. Die rechte rot umrandete Potenzialsteuerkugel, das rot umrandete Potenzialsteuerdach und der gesamte Modulator liegen auf dem Klystron-Kathodenpotenzial.






Montag, 7. August 2017

PETRA geht nach dem Sommer-Shut-Down wieder in Betrieb

Im Shut-Down wurden unter anderem beide Plunger von Cavity 1 PETRA-Süd-Links ausgetauscht. Nach dem Austausch wurde unverzüglich mit der Vakuum-Konditionierung begonnen. Die Konditionierung erfolgte mit gepulster HF und zusätzlicher Frequenzmodulation.

2016 wurde dagegen kurz nach dem Plunger-Tausch bei SL-Cy2 unverzüglich wieder mit dem Strahlbetrieb begonnen. Die HF-Leistung des Systems Süd-Links und der Strahlstrom wurden dabei im Laufe mehrerer Tage auf die Nennbetriebsdaten hochgefahren.

Der Vergleich zeigt, dass 2016 der Vakuumdruck etwa 3 Wochen nach dem Plunger-Tausch um den Faktor 2 niedriger war.
Vermutlich konditioniert der Strahlbetrieb effektiver als Puls/FM-Konditionierung.


In den nachstehenden beiden Abbildungen ist der Konditioniererfolg im Vergleich zum Plunger-Tausch bei Cavity 2 in 2016 dargestellt.


Obere Abbildung: Vakuumkonditionierung nach dem Austausch der Plunger von Cavity 2 (PETRA-Süd-Links).
Untere Abbildung: Vakuumkonditionierung nach dem Austausch der Plunger von Cavity 1 (PETRA-Süd-Links).
Farblegende:
Rot: Strahlstrom
Blau: Senderleistung
Gelb: Vakuumdruck von Cavity 2
Grün: Vakuumdruck von Cavity 1



HF-Konditionierung

Konditionierparameter:
Pulsfrequenz: 10 Hz
Tastverhältnis: 60%
FM: 400 Hz 

Frequenzhub: +/- 15 kHz

Blau: Gepulste Senderleistung
Rot: Durch FM amplitudenmodulierte Cavity-Spannung (Summe von 6 Cavities)
Zoom in eine Pulsflanke. Man kann hier deutlich die durch die FM amplitudenmodulierte Cavity-Spannung erkennen.
In grün ist zusätzlich die ebenfalls durch die FM amplitudenmodulierte reflektierte Leistung dargestellt.

Donnerstag, 22. Juni 2017

Halbleiterverstärker versus IOT

Auf der Suche nach geeigneten HF-Leistungsquellen für einen künftigen CW-Betrieb des XFEL werden IOTs und Halbleiterverstärker (Solid State Amplifier -SSA-) untersucht. Der Prototyp eines 1,3-GHz-SSA wurde von Cryoelectra gebaut und geliefert und wird gegenwärtig messtechnisch untersucht.

Halbleiterverstärker und IOTs haben jeweils Vor- und Nachteile, die zur Entscheidungsfindung gegeneinander abzuwägen sind. Derzeit sind größere HF-Leistungen im L-Band mit IOTs noch wesentlich preisgünstiger zu produzieren als mit Halbleiterverstärkern. Halbleiterverstärker kosten bei gleicher Leistung etwa das Fünffache von IOT-Verstärkeranlagen. Auch der Wirkungsgrad ist bei dem hier untersuchten Prototyp Halbleiterverstärker noch niedriger als bei unserer IOT-Verstärkeranlage.
Allerdings ist das Entwicklungspotenzial bei Halbleiterverstärkern vermutlich deutlich größer als bei IOTs. Der Wirkungsgrad ließe sich beispielsweise durch eine Arbeitspunktverschiebung von AB nach B oder C vergrößern und der Preis durch hohe Stückzahlen reduzieren.


Der Prototyp Halbleiterverstärker Typ CRE-350 soll nach Beendigung der messtechnischen Untersuchung als HF-Quelle zum Test einer neu entwickelten supraleitenden Photokathoden-Gun eingesetzt werden.



Prototyp Halbleiterverstärker Typ CRE-350 für 1,3 GHz, 4 kW von Cryoelectra





Freitag, 5. Mai 2017

Senderhalle HERA-West wird geräumt

Kurz nach der Abschaltung von HERA im Jahr 2007 begannen in der Senderhalle HERA-West die Vorbereitungen für das Experiment ALPS. Anfangs war an eine vorübergehenden Nutzung einer Freifläche in der Senderhalle gedacht. Im Laufe der Jahre vergrößerte sich jedoch der Platzbedarf. Zuletzt kam der Wunsch auf, die gesamte Hallenfläche nutzen zu können. Dazu sollten die Senderanlagen abgebaut werden. Das war allerdings nicht ohne weiteres möglich, da die Vorbereitungsbauten für das Experiment ALPS unter der Kranbahn des Hallenkrans aufgebaut worden waren. Um die Klystrons aus der Halle zu schaffen musste daher zunächst der Hallenkran umgesetzt werden. Das ist mittlerweile passiert und der Abbau der Senderanlagen hat begonnen. Die Klystrons sind Teil der Reserveausstattung für PETRA-III und werden zunächst in der Halle PETRA-Südost eingelagert.

Das erste der vier 800-kW-Klystrons vom Typ VKP-958A des kalifornischen Herstellers CPI (vormals Varian) wird in ein Transportgestell gekrant

Dienstag, 11. April 2017

Weitere 7-Zeller-Cavity erfolgreich konditioniert

Ein 2007 im Zuge des Umbaus von PETRA-II nach PETRA-III ausgebauter 7-Zeller wurde erfolgreich konditioniert. Der eigenliche Konditioniervorgang bis zum Erreichen von 100 kW Verlustleistung bei 100% Pulslänge benötigte etwa 30 Stunden und etwa 0,9 MWh HF-Arbeit (Cavity-Vorlaufleistung x Zeit).
Der 7-Zeller soll nach Brasilien an die neue Synchrotronstrahlungsquelle SIRIUS verkauft werden.

Freitag, 10. März 2017

Thermographie Hohlleitergebirge

Um das diagnostische Potenzial einer kürzlich angeschafften Smartphone-IR-Kamera auszuloten, wurden thermografische Aufnahmen einiger Anlagenkomponenten gemacht. Motivation ist die präventive Suche nach ungewöhnlichen Wärmequellen wie beispielsweise losen Kontakten, überlasteten Kabeln, unzureichenden Kühlungen.

Die Bilder erscheinen zunächst sehr eindrucksvoll. Bei näherem Hinsehen muss man aber erkennen, dass die farbliche Darstellung einer Komponente nicht direkt auf deren Temperatur schließen lässt, da der Emissionsgrad der Oberfläche eine wesentliche Einflussgröße darstellt. Der Emissionsgrad einer Oberfläche ist das Verhältnis der abgegebenen Strahlungsintensität zur Strahlungsintensität eines "schwarzen Körpers" derselben Temperatur.

Will man also ungewöhnlichen Wärmequellen entdecken, so muss man aktuelle Aufnahmen mit Referenzaufnahmen vergleichen.


Die Bilder zeigen das sogenannte Hohlleitergebirge der Senderanlage PETRA-Süd-Rechts. Auffällig sind insbesondere die in hellrot bis weiß abgebildeten Hohlleiter-Bellows. Die scheinbar hohe Temperatur kommt durch deren schwarze bzw. gelbe Kunsstoffbeschichtung zustande (hoher Emissionsgrad).



Die Bilder zeigen die Innereien eines geöffneten Klystron-Hilfsbetriebeschranks. Auch hier weist die rote Farbe nicht unbedingt auf eine hohe Temperatur, sondern meist auf einen großen Emissionsgrad hin.
Emissionsgrade einiger anlagentypischer Oberflächen:

  • Aluminium, poliert: 0,03
  • Aluminium, stark verwittert: 0,94
  • Kunststoffe (Kabel, Gehäuse, Folien) : 0,95
  • Kupfer, poliert: 0,006
  • Kupfer, schwarz oxidiert: 0,84




Donnerstag, 23. Februar 2017

Hohlleiterschalter am Sender DESY-Nord angebrannt

Am Dienstag wurde ein Wasserleck am Body-Kühlkreis des Klystrons festgestellt. Die Kühlleitung wurde in der Vergangenheit bereits zweimal in diesem Bereich geklebt. Da das Klystron bereits knapp 74.000 Heizstunden auf der Lebensuhr hat, wurde entschieden es gegen das bereitstehende Reserve-Klystron auszutauschen. Beim Einfahren des Reserve-Klystrons wurde dann der Hohlleiterschalter zur Umschaltung zwischen Synchrotron- und Teststand-Betrieb beschädigt. Da dessen Reparatur nicht unmittelbar erfolgen konnte, der Synchrotronbetrieb aber sichergestellt werden musste, wurde entschieden eine Hohlleiter-Umleitung zu bauen. Seit Donnerstag ist der Sender DESY-Nord wieder für den Strahlbetrieb bereit. Während der Reparaturarbeiten wurde das Synchrotron mit dem Sender DESY-Süd betrieben.

Geöffneter Hohlleiterschalter mit Brandspuren an der Schaltplatte

Bau der Umgehungsleitung für den defekten Hohlleiterschalter